Thermodynamik und statistische Physik reichen in ihrer Bedeutung weit über die Physik hinaus und erklären eine schier unerschöpfliche Masse an komplexen Phänomenen unserer Umwelt aus einfachen Grundprinzipien. Auch wenn die historischen Wurzeln der Thermodynamik ganz praktisch in einem besseren Verständnis von Wärmekraftmaschinen von der Dampfmaschine über den Benzinmotor hin zur modernen Gasturbine zu suchen sind, so hat sie die entscheidenden ersten Schritte in die Quantentheorie erlaubt und in den letzten Jahrzehnten tiefe Einblicke in die Physik der schwarzen Löcher als einem Schritt zu einer Theorie der Quantengravitation ermöglicht. Methoden der statistischen Physik sind unverzichtbare Grundlagen der Festkörperphysik, der modernen Biophysik und der Klimaforschung genauso wie auch scheinbar unverwandter Gebiete wie der Finanzmathematik und der Verkehrsforschung. Schroeders in den Vereinigten Staaten populäres Buch „Thermal Physics" liegt nun zum ersten Mal in deutscher Übersetzung vor. In einer ansprechenden Mischung entwickelt es die Methoden der Thermodynamik und statistischen Physik in einem gemeinsamen Zugang und bespricht alle wichtigen Anwendungen: Gase, Flüssigkeiten, Magnete, Festkörper, Wärmekraftmaschinen, chemische Reaktionen. Dabei werden die Grundlagen ebenso präzise wie anschaulich gelegt und ermöglichen es dem Leser, sich in der mathematisch einfachen, aber konzeptionell subtilen Thermodynamik zurecht zu finden und die wichtigsten Rechen- und Näherungsmethoden der statistischen Physik souverän anzuwenden.

Learn a little . . . do a little

Besonders hilfreich ist auch, sich bei Beispielen plastisch vor Augen zu führen, wie sich die Änderung von physikalischen Parametern auf das Verhalten eines Systems auswirkt.Dazu sind ausgewählte Beispiele als digitale Arbeitsblätter ausgearbeitet worden, die Sie einfach mittels eines QR-Scanners auf Ihrem mobilen Gerät (idealerweise ein Tablet) aufrufen und begleitend zur Veranschaulichung benutzen können. Ganz getreu dem Motto Learn a little . . . do al little.

Das Buch richtet sich an Studierende der Naturwissenschaften, insbesondere der Physik. Es ist für Studierende an Universitäten und Fachhochschulen konzipiert und rundet den an sich eher abstrakten Stoff durch eine große Fülle an Aufgaben ab, die die Reichweite von Thermodynamik und statistischer Physik illustrieren. Neben einer Vorlesungsbegleitung eignet sich die „Physik der Wärme" daher auch hervorragend zum Selbststudium.

Inhalt

• Wärme und Arbeit

• einfache Modelle: ideal Gase, Paramagnete, harmonische Gitterschwingungen

• Entropie und Reversibilität

• Temperatur und Wärme

• Wärmekraftmaschinen und Kühlschränke: vom Prinzip zur realen Maschine

• Thermodynamische Potentiale und das Streben ins Gleichgewicht

• Phasenübergänge, Mischungen und Lösungen

• Statistische Physik und Thermodynamik chemischer Reaktionen

• Zustandssummen der statistischen Physik

• Ideale Quantengase aus Bosonen und Fermionen

• Ideale Quantengase in der Natur: Schwarzkörperstrahlung, Phononen, Bose-Einstein-Kondensation

• Wechselwirkende Systeme: schwach wechselwirkende Gase

• Minimalmodell des Magnetismus: das Ising-Modell

• Mathematische und quantenmechanische Grundlagen der Physik der Wärme

Daniel V. Schroeder,  lehrt Physik an der Weber State University, USA

Fachlektor

Der Fachlektor und Übersetzer des Buches, ULRICH SCHOLLWÖCK, ist Physiker und Inhaber des Lehrstuhls für Theoretische Nanophysik an der Ludwig-Maximilians-Universität München.